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Zylinderkopfgeometrie.pdf

Hallo Gemeinde,
in einem früheren Beitrag von mir hatte ich schon mal nach dem Erzeugen einer Nockenform aus den Daten einer Exceltabelle gefragt und kompetente Antworten erhalten.
Nun stehe ich vor einer weiteren Herausforderung: Ich habe die Ventilerhebungdaten eines Motors vorliegen und möchte daraus die zugehörige Nockenform erstellen. Der Motor verfügt über eine Kipphebelsteuerung, die geometrischen Daten des Zylinderkopfes und des Ventiltriebes sind erfasst und im CAD abgebildet. Meine Wunsch ist, das Ventil in Abhängigkeit zu der Drehung der Nockenwelle um das jeweilige Maß zu bewegen und damit die sich ergebende Nockenform zu ermitteln. Welche Möglichkeiten habe ich da?

Grüsse
Dieter

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Man nehme:
- Beziehung zwischen Ventilhub und 360° Nockenwellendrehung
- Über die Dynamische Simulation kann man nun eine Kurve für den zugehörigen Verlauf des Mittelpunktes der Kontaktfläche ermitteln
- Danach hätte man für jeden Nockenwellenwinkel den Abstand zwischen diesem Punkt und der Nockenwellenachse
- Diese Abstände minus Kontaktflächenradius ergeben die auf den NW-Grundkreis aufzutragenden Nockenwellenhübe

  Läßt sich auch rechnen ..

[Diese Nachricht wurde von W. Holzwarth am 15. Apr. 2016 editiert.]

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Danke Walter.
Da werde ich mich wohl doch mal intensiver mit der dyn. Simulation auseinander setzen müssen.
Allerdings das mit dem Rechnen würde mich auch interessieren.... Geht das mit Excel?

Gruß
Dieter

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Man kann es rechnen, aber die Dynamische Simulation nimmt viel Arbeit ab.
Stell' die Daten hier rein, Dieter. Im Laufe des Abends schau' ich mal

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Zylinderkopf.zip

Mittlerweile hat mir Dieter die Daten mal hintenrum hergemailt.

Es ist, wie's ist. Alpenländische Kollegen würden die Dynamische Simulation mal wieder als schlampertes Glumpert bezeichnen. Wir Nordhessen sind natürlich deutlich toleranter; lediglich ein Hinweis auf gewisse Schwächen käme uns über die Tastatur.

Bedeutet:
- Automatische Umsetzung der Constraints in DS-Joints klappt nicht
- Auch die manuelle Umsetzung ist nicht problemlos

Na gut, nach einigen Fehlversuchen nun eine lauffähige DS im Format 2014.

Simuliert wird eine Nockenwellendrehung über 360° in 4s. Parallel dazu läuft eine Hin-Rückbewegung des Ventilstößels über 1s. Die daraus resultierende Nockenform wird dargestellt.

Dies ist natürlich praktisch noch nicht brauchbar, da nur ein linearer An- und Abstieg des Stößelwegs umgesetzt wird. Hier müßte der exakte Verlauf relativ zur Nockenwellendrehung eingesetzt werden.

  Und das ist nun etwas Knochenarbeit. Aber wenn's dem Fortschritt dienlich ist ..

[Diese Nachricht wurde von W. Holzwarth am 15. Apr. 2016 editiert.]

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- Inhaltsloser Beitrag -

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Danke Walter erst mal für die Simulation. Hilft mir halt jetzt nicht wirklich weiter, weil, wie du schon schreibst, die direkte Abhängigkeit zwischen Nockenwellendrehwinkel und Ventilhub fehlt. Erschwerend kommt ja noch hinzu, das der Kontaktpunkt des Kipphebels auf der Nocke je nach Hub wandert. Ist also alles andere als profan, aber vielleicht hast du ja mal in ner ruhigen Minute Lust, eine Lösung dafür auszutüfteln.

Jürgen: Die einschlägige Literatur sowohl deutsch- als auch englischsprachig ist mir durchaus bekannt, füllt ca. 1,2m Regal in meinem Büro.
Die Umsetzung der Nockenform mit z.B. als Tassenstößel ist absolut easy und wurde von mir auch schon erfolgreich umgesetzt, die Kipphebelgeschichte macht mir Schwierigkeiten.

Per Software habe ich verschiedene Ventilerhebungskurven anhand der Motorparameter errechnet und möchte diese jetzt auf die Nockenwelle übertragen, um ein paar Prototypen fertigen zu können. Einsatzzweck ist der historische Motorradrennsport.

Meine Hoffnung ruht nun erst mal auf Walter.
Natürlich sind auch Andere angesprochen, einen Lösungsansatz zu finden.
Ich probiere natürlich auch weiter, bin aber einfach nicht tief genug drin im Inventor, ist also erst mal stochern im Nebel.

Grüße
Dieter

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Nocken-DS.jpg

    Today I have good news, and I have bad news.

Good news:
- Wandernder Kontaktpunkt des Kipphebels ist erledigt. Dafür gibt's das Stößeldummy, dessen Symmetrieebene stets auf die Achse des Nockendummys ausgerichtet ist
- Laut Deinen Excel-Daten hat der Nocken einen Hubbereich von x Grad. Bezogen auf die Zeitbasis in der DS (4s für 360° Nockendrehung) hat der Ventilstößel also eine Bewegungszeit von 4*x/360 s. Der Rest ist Stillstand.

Soviel zum einfachen Teil. Nun zur Bewegung des Ventils. Du hast da über 200 Einzelpunkte mit konstantem zeitlichen Intervallen.

Im Beispiel habe ich nur 3 Punkte (Min - Max - Min) berücksichtigt. Das reicht für's Prinzip, bringt aber natürlich auch den Knick am höchsten Punkt. Wennste nun alle Punkte da reinhämmerst, kriegste auch Deinen gewünschten Verlauf, dessen Kurve sich ins Nocken-Bauteil kopieren und extrudieren läßt.

Parallel dazu kann man anscheinend auch noch eine entsprechende Kurve im mir nicht geläufigen CDG-Format reinladen. Das wäre dann der einfachste Weg, doch leider weiß ich nicht, wie man Deine Excel-Daten ins CDG-Format konvertiert.

    Aber hier im WBF gibt's ja Koryphäen en masse ..

[Diese Nachricht wurde von W. Holzwarth am 16. Apr. 2016 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von W. Holzwarth:
... Parallel dazu kann man anscheinend auch noch eine entsprechende Kurve im mir nicht geläufigen CDG-Format reinladen. Das wäre dann der einfachste Weg, doch leider weiß ich nicht, wie man Deine Excel-Daten ins CDG-Format konvertiert. ... Aber hier im WBF gibt's ja Koryphäen en masse ...

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Ach ne, Koniferen braucht man dazu nicht ...    

CDG ist das Datenformat zum speichern und laden des gesamten Eingabediagramms. Um eine Kurve aus einer Punktetabelle zu erstellen, muss man den entsprechenden Kurvenabschnitt als Spline-Funktion definieren. Für die Spline-Funktion gibt es dann ein separates Speichern und Laden.

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Michael Puschner
Autodesk Inventor Certified Expert
Autodesk Inventor Certified Professional
Mensch und Maschine Scholle GmbH

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Nocken-DS2.jpg

Hab' ich auch grad' ergründet.
- Excel-Daten als Text speichern
- Spline von dieser Datei laden
- Grenzen neu setzen (Laufzeit 360s statt 4s)

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Kipphebel.pdf

Hallo Walter,

wie bekommst du die Tabellendaten in die Simulation? Bei mir ist das alles ausgegraut und nicht anwählbar.
Noch eine Sache: Der Kontaktpunkt zwischen Nocken und Kipphebel bewegt sich je nach Nockenstellung. Dadurch ist ein asymetrisches Nockenprofil erforderlich, um eine symetrische Ventilbeschleunigung zu ermöglichen.(Siehe Abbildung aus dem oben genannten Apfelbeck) Das wird in deiner Simulation mit dem fest ausgerichteten Stößel leider nicht berücksichtigt. Bei einem konstanten Übersetzungsverhältniss des Kipphebels wäre es ja auch sonst einfach zu berechnen. Leider ist dem aber nicht so.
Knobele da schon ne ganze Weile dran herum. 

Viele Grüße
Dieter

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Nockenkollision.mp4

Tja, da war bei mir ein Denkfehler. Die Sache mit dem Stößeldummy funktioniert nicht. Siehe Video. Sowohl im Aufstieg als auch abwärts gibt es dabei Überschneidungen.

Momentan fällt mir nur dazu ein, einen vorgegebenen Nocken zu drehen, den daraus entstehenden Ventilweg aufzuzeichnen, und mit der Vorgabe zu vergleichen.

Danach:
- 1. Korrektur und Neu-Durchlauf
- 2. Korrektur und Neu-Durchlauf
- 3. Korrektur ...

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Zitat:

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Original erstellt von W. Holzwarth:
Tja, da war bei mir ein Denkfehler. Die Sache mit dem Stößeldummy funktioniert nicht. ...

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Versuche es mal so, Walter:

Der Kipphebel hat doch vermutlich (habe mir das Modell nicht angeschaut) zur Nocke hin eine Zylinderfläche. Nimm für die Spur den Mittelpunkt der bogenförmigen Kante dieser Fläche. Dann versetze diese Spur in der Skizze um den Radius nach innen. Das müsste die gesuchte Nockenform ergeben.

Das setzt selbstverständlich voraus, das es zwischen Nocken und Kipphebel immer nur einen Kontakt gibt. Aber ich denke, anders wäre auch schlecht ...

... oder mache ich jetzt einen Denkfehler?

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Michael Puschner
Autodesk Inventor Certified Expert
Autodesk Inventor Certified Professional
Mensch und Maschine Scholle GmbH

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Zitat:

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Original erstellt von Michael Puschner:
... oder mache ich jetzt einen Denkfehler?

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Ich glaube: Ja, Michi

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- Inhaltsloser Beitrag -

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160418-Nocke.gif

Zitat:

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Original erstellt von W. Holzwarth:
Ich glaube: Ja, Michi

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Und wo? 

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Michael Puschner
Autodesk Inventor Certified Expert
Autodesk Inventor Certified Professional
Mensch und Maschine Scholle GmbH

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NeuerNocken.mp4

Zitat:

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Original erstellt von Michael Puschner:
Und wo?  

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Eigentlich nirgends. Es ist richtig, der Kontaktpunkt befindet sich immer auf der Verbindungsgerade zwischen den beiden Krümmunsmittelpunkten. Die Spur des Kipphebel-Krümmungsmittelpunktes auf dem Nocken kann man um den Krümmungsradius nach innen versetzen und erhält dann die Nockenform.

Einziger Haken dabei: Der Nocken kriegt wegen der geometrischen Randbedingungen einen Spitzpunkt und ist entsprechend rasch verschlissen.

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Hallo Walter, hallo Michael,
kann alles noch nicht so ganz stimmen.
Der Kipphebel soll ja der Bewegung des Ventils (nach der Excel-Tabelle) folgen und mit seiner Kontaktfläche zur Nockenwelle die Nockenkontur erzeugen. Diese sieht allerdings ziemlich deutlich anders aus als die in der Simulation.
Ich habe auch mal die Nockenkontur einer Serienwelle abgetastet und im Inventor modelliert, daher weiß ich in etwa, wie die Form der Kontur aussehen sollte.
Finde ich aber toll, das Ihr mich hier unterstützt. Kann Zuhause, mangels Inventorlizenz, leider nicht rumprobieren und auf der Arbeit geht das nur in den Pausen.  

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NockenV2.mp4

Es stimmt schon, dass da was nicht stimmt, Dieter. Aber es ist, wie's is'.

Prinzipiell gibt's zwei Möglichkeiten:
1. Vorgabe der Ventilbewegung relativ zur Nockendrehung und daraus resultierend eine Nockenform, die stark von der Krümmung der Kontaktfläche am Nocken beeinflusst wird.

2. Vorgabe der Nockenform und daraus resultierend die Ventilbewegung. Auch das wird von der Kipphebelgeometrie beeinflusst.

Wir haben hier den Fall 1 betrachtet. Michael hat Deine Excel-Daten nicht und hat den Nocken "auf Verdacht" laufen lassen. Ich habe Deine Daten, und damit ergibt sich der Nocken mit Dachfirst.

Da mir der Dachfirst nicht gefiel, und diese Lösung auch keine Lebensdauer hätte, habe ich noch einen zweiten Versuch gemacht. Diesmal ist die Krümmung der Kipphebel-Kontaktfläche nur 15 mm; der Flächenversatz nach innen wird geringer, und die Firstbildung wird verhindert.

Aber die Krümmung des Nockens ist immer noch eng. Die besten Verschleißverhältnisse hat man wohl, wenn die Krümmungen an Kipphebel und Nocken etwa gleich sind. Ich vermute das Optimum etwa bei 10 mm.

So sieht's in der einen Richtung aus. Gibt man nun den Nocken vor, erhält man auch eine Ventilbewegung. Doch sie wird nicht Deiner Excel-Vorgabe entsprechen.

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Hallo Walter,

in der Praxis hat der Nockenwellengrundkreis D=32 mm und der Radius der Kipphebellauffläche R=30mm.
Würdest du mir deine Simulation mal zusenden, damit ich damit noch ein wenig spielen kann? Ich bekomme irgendwie die Exceldaten nämlich nicht rein. Sieht jedenfalls schon mal viel besser aus als das, was ich bisher zusammenbekommen habe.

Gruß
Dieter

[Diese Nachricht wurde von NoMercy am 19. Apr. 2016 editiert.]

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Daten sind auf Tour.
Keine Zeit mehr, gucke Fussball.

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Vielen Dank Walter.

Ich werde jetzt mal ne Weile damit rumspielen, vielleicht komme ich zumindest annähernd an eine Lösung ran.

Gruß
Dieter

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